Warum ist die Wärmekapazität von Stahl kleiner als Wasser, Stahl kann doch mehr Energie speichern als Wasser?
7 Antworten
die wärmekapazität von Stahl ist auf den ersten blick mit 0,46 kJ/kg/K fast 10 mal niedriger als die des wassers (4,19) allerdings muss man hier zwei dinge beachten!
- ein Würfel aus Wasser (10 x 10 x 10 cm) wiegt zimlich genau 1 kg (je nach dem wie warm) ein würfel aus Stahl etwa 7,85 kg. dem entsprechend braucht man um den genannten würfel um 1 Grad zu erwärmen schon rund 5 kJ!
- Wasser bzw. Eis schmilzt schon bei 0 Grad bei bereits 100 Grad verdampft es. stahl hat einen schmelzpunkt von rund 1300 Grad. dem entsprechend brauchst du natürlich vieeeel mehr energie, um einen stahlwürfel zu schmelzen als einen eiswürfel.
lg, Anna
Welche Wärmekapazität meinst du bzw. worauf beziehst du sie?
In der Technik wird mit der spezifischen Wärmekapazität bezogen auf die Masse gerechnet. Und hier ist es eben so das 1 kg Wasser bei gleicher Temperaturerhöhung eben mehr Wärme aufnimmt als 1 kg Stahl. Oder anders ausgedrückt ein Festkörper erhöht seine Temperatur bei gleiche Wärmemenge weit höher.
Der Grund liegt m.W. darin das die Atom im Festkörper weit weniger schwingen können. Aber das ist wirklich stark vereinfacht.
Dein Denkfehler ist das du die Wärmekapazität, also die in einem Körper vorhandene Wärmemenge, mit der Temperatur des Körpers gleichsetzt. Dem ist nicht so.
Nein, Stahl kann das eben nicht, das genau sagt ja die spezifische Wärmekapazität. Allerdings muss man hier aufpassen, dass man keiner Fehleinschatzung unterliegt. Die spezifische Wärmekapazitat bezieht sich auf die Masse. Hat man aber ein gleich großes Stück Stahl wie Volumen Wasser, dann sieht die Sache nicht mehr ganz so schlimm aus, denn Blei hat eine fast achtmal so hohe Dichte wie Wasser. Ein Liter Wasser hat demnach eine Wärmekapaztät von 4200 J/K, ein Liter Blei immerhin von 3600 J /K, der Unterschied ist also gar nicht so groß , wie man es anhand der spezifischen Wärmekapazitäten erwarten könnte.
> Stahl kann doch mehr Energie speichern als Wasser?
Unter welchen Bedingungen?
Klar kann Stahl mehr Wärme speichern, wenn Du ihn auf 900 °C erhitzst, und beim Wasser schon bei 90°C aufhörst, weil es sonst verdampft.
Aber bei gleicher Temperaturdifferenz speichert Wasser mehr - und die Wärmekapazität bezieht sich, wie schon das "pro Kelvin" in der Einheit andeutet, auf gleiche Temperaturerhöhung.
Kann man, wird nur etwas unhandlich.
Wenn man das Wasser ebenfalls auf 900°C erwärmt, dann ist im Wasserdampf mehr Wärme gespeichert als im Stahl. Natürlich nur bei gleicher Masse.
Wasserdampf über der Kritischen Temperatur hat aber nicht mehr dieselbe Wärmekapazität wie flüssiges Wasser, deshalb kannst Du das nicht hochrechnen. Wasserdampf könnte durchaus von Stahl „überholt“ werden, der dabei noch fest ist.
> Wasserdampf könnte
Tut er aber nicht. Von 100°C bis 900 °C hat er bei Normaldruck 2 J/(g * K)
http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_eigenschaften.html#kap04
Wie konntest Du nur annehmen, ich hätte das nicht überprüft, bevor ich es behauptete.
Genausogut könntest du auch fragen
"Wieso kommt 12 Uhr später auf der Uhr als 6 Uhr, wo doch jeder weis dass 6 Uhr später ist?"
Stahl kann pro Kilogramm und 1° Temperaturunterschied eben nicht mehr Energie speichern als Wasser - genau DAS sagt die geringere Wärmekapazität ja aus.
Heißt das, dass Stahl ein besserer Wärmespeicher ist als Wasser oder umgekehrt?
Wärme wird aber auch im Wasserdampf gespeichert, man kann Wasser also eigentlich auch auf 900 °C erhitzen.